JP6455813B2 - 位置推定システム及び受信端末 - Google Patents

Description

本発明は、可視光通信を用いた位置推定システム及び受信端末に関する。

従来、可視光を用いた光通信技術、すなわち、可視光通信が知られている。可視光通信では、照明装置は、送信すべきデータを用いて可視光を変調させて出力することにより、当該データを送信する。そして、受信器は、照明装置から送信された可視光を受光して、変調に用いたデータを復号する。

可視光通信は、無線を用いる場合に比べて、可視光の照射範囲、すなわち、通信範囲が目視可能であるという利点がある。また、可視光通信は、限られた空間又は領域で限定的に通信が可能であるという利点もある。

これらの利点を鑑みて、例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の電波が届きにくい屋内での位置情報サービスに可視光通信を利用することができる。位置情報サービスは、例えば、人又は物などの管理又はナビゲーションなどに利用される。

位置情報サービスでは、例えば、複数の照明装置のそれぞれから、位置情報が重畳された照明光を照射し、受信端末が当該照明光を受信することで、位置情報を取得する。これにより、取得した位置情報に基づいて、受信端末の位置を推定することができる。例えば、非特許文献１には、高フレームレートでの撮影が可能な魚眼カメラを用いて、可視光通信による送信信号を受信する技術が記載されている。

池谷裕太等、「Ｂ−１９−４０ 可視光通信と照明器具画像を用いた屋内位置推定方式」、電子情報通信学会総合大会講演論文集 ２０１２年＿通信（２）、６６３、２０１２年３月６日

しかしながら、非特許文献１に記載の可視光通信では、空間分離を用いた画像処理により、可視光に含まれる情報を取得するので、処理量が多くなるという問題がある。

また、可視光通信が受信可能な高フレームレートの魚眼カメラは高価であり、実用的ではないという問題もある。

そこで、本発明は、低処理量で、かつ、安価な位置推定システム及び受信端末を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る位置推定システムは、各々が、固有の識別情報が重畳された照明光を発する１以上の照明装置と、前記照明光を受光することで、前記識別情報を受信する受信端末とを備え、前記受信端末は、所定の受光方向に指向性を有する受光部と、前記受光方向を変更する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記駆動部を制御して前記受光方向を変更することで、前記１以上の照明装置から発せられた照明光を前記受光部に受光させ、前記受光部が受光した照明光に重畳された識別情報と、当該照明光を前記受光部が受光したときの受光方向とを用いて、前記受信端末の位置を算出する。

本発明によれば、低処理量で、かつ、安価な位置推定システム及び受信端末を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る位置推定システムの適用例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る位置推定システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るサーバ装置が記憶している照明位置データベースを示す図である。 本発明の実施の形態に係るサーバ装置が記憶している環境情報データベースを示す図である。 本発明の実施の形態に係る受信端末の概観斜視図である。 本発明の実施の形態に係る受信端末の基準位置を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る受信端末がチルト角θで回動したときの位置を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る受信端末の基準位置を示す上面図である。 本発明の実施の形態に係る受信端末がパン角φで回動したときの位置を示す上面図である。 本発明の実施の形態に係る位置推定システムにおける三角測量を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態に係る位置推定システムにおける三角測量を説明するための上面図である。 本発明の実施の形態に係る位置推定システムにおいて床が斜めになっている場合の三角測量を説明するための側面図である。 本発明の実施の形態に係る位置推定システムにおいて天井が斜めになっている場合の三角測量を説明するための側面図である。 本発明の実施の形態に係る位置推定システムにおいて床と天井とが斜めになっている場合の三角測量を説明するための側面図である。 本発明の実施の形態に係る撮影部によって取得された撮影画像を示す図である。 本発明の実施の形態に係る位置推定システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る位置推定システムの別の適用例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る受信端末が取り付けられた杖を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る位置推定システムの動作を示すフローチャートである。

以下では、本発明の実施の形態に係る位置推定システム及び受信端末について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。

（実施の形態）
［１．位置推定システムの概要及び適用例］
まず、本実施の形態に係る位置推定システムの概要及び適用例について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る位置推定システム１の適用例を示す図である。

本実施の形態に係る位置推定システム１は、可視光通信を利用して受信端末の位置を推定するシステムである。

可視光通信は、可視光帯域の光（すなわち、可視光）を用いて、所定の情報を送受信する技術である。具体的には、送信側では、所定の情報を用いて可視光を変調することにより、所定の情報を可視光に重畳させて送信し、受信側では、送信された可視光を受光して復調することにより、変調に用いた情報を取得する。なお、可視光は、例えば、波長が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光である。

本実施の形態に係る位置推定システム１は、例えば、図１に示すように、所定の空間内を移動するロボット２の位置を推定することに適用することができる。所定の空間は、例えば、１以上の照明装置１０が設けられた空間であり、具体的には、建築物の内部、又は、屋根若しくは天井がある空間などである。

当該空間には、図１に示すように複数の照明装置１０が設けられている。例えば、複数の照明装置１０は、２ｍ〜３ｍ間隔で天井３に配置されている。なお、当該間隔は、一般的な照明設計に基づく間隔であり、天井３が高いなどの設置環境に応じて適宜変更することができる。

なお、天井３は、複数の照明装置１０が設けられた壁面の一例である。複数の照明装置１０は、床４又は壁５に設けられてもよい。

複数の照明装置１０は、可視光通信の送信機であり、それぞれが固有の識別情報が重畳された照明光（具体的には、可視光）を発する。識別情報は、複数の照明装置１０のそれぞれに割り当てられた固有の可視光ＩＤである。可視光ＩＤは、例えば、照明装置１０の位置を示す位置情報である。図１では、６個の照明装置１０を示しており、それぞれにＩＤ１〜ＩＤ６が可視光ＩＤとして割り当てられている。

ロボット２は、移動体の一例であり、例えば、自走式の搬送車である。ロボット２は、床４上を走行して、所定の物品などを搬送する。例えば、ロボット２は、病院又は工場内で薬剤及び検体などを人手の代わりに全自動で搬送する。

ロボット２は、例えば、天井３と、床４と、壁５とに囲まれた空間内を移動する。なお、ロボット２は、壁５に設けられたドア６から隣の空間に移動してもよい。

ロボット２には、受信端末２０が取り付けられている。例えば、受信端末２０は、ロボット２の頭頂部に設けられている。これにより、天井３に設けられた照明装置１０からの照明光を受光しやすくすることができる。

受信端末２０は、可視光通信の受信器であり、例えば、照明装置１０が発する照明光を受光することで、照明光に重畳された識別情報を受信する。受信端末２０は、受信した識別情報に基づいて、自身の位置を推定する。ロボット２は、受信端末２０によって推定された位置に基づいて、進むべき方向などを決定することができ、物品の搬送をスムーズに行うことができる。

本実施の形態では、照明装置１０が天井３に設けられており、天井３と受信端末２０との間には、受信端末２０の受光を妨げる恐れのある障害物（例えば、人間又は備品など）が少ない。このため、位置推定システム１は、周囲の環境の変化の影響を受けにくく、ロバスト性が高いシステムである。

［２．位置推定システムの詳細な構成］
続いて、本実施の形態に係る位置推定システム１の詳細な構成について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る位置推定システム１の構成を示すブロック図である。

本実施の形態に係る位置推定システム１は、図２に示すように、１以上の照明装置１０と、受信端末２０と、サーバ装置３０とを備える。なお、図２では、１つのみの照明装置１０を示している。

［２−１．照明装置］
照明装置１０は、可視光送信部１１と、制御部１２とを備える。

可視光送信部１１は、照明光を所定の照明エリアに照射する。このとき、複数の照明装置１０のそれぞれの照明エリアは、互いに異なっている。複数の照明エリアは、一部が互いに重複していてもよい。

可視光送信部１１は、例えば、直列に接続された複数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）により構成され、照明光を発生する。可視光送信部１１は、照明光を照射することで、当該照明光に重畳された固有の可視光ＩＤを繰り返し送信する。

可視光送信部１１は、例えば、固有の可視光ＩＤを示すフレームを一定の周期で繰り返し送信する。各フレームは、当該フレームの先頭を示すプリアンブルと、当該フレームのタイプを示すタイプ情報と、任意の情報（ここでは、可視光ＩＤ）を示すペイロードと、当該フレームの誤り検出符号（例えば、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）符号）とを含む固定長のデータである。

制御部１２は、照明光に可視光ＩＤを重畳させる。例えば、制御部１２は、可視光送信部１１が備える複数のＬＥＤのうち少なくとも１つのＬＥＤの点灯及び消灯を制御する。これにより、複数のＬＥＤを流れる電流量が変化し、照明光の明暗が発生する。可視光ＩＤを用いて点灯及び消灯を制御することにより、可視光ＩＤが照明光の明暗として送信される。つまり、可視光ＩＤが照明光に重畳される。

また、制御部１２は、光強度変調として、本実施の形態では、Ｎ（２以上の整数）値のパルス位置変調（ＰＰＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）が用いられる。例えば、４ＰＰＭでは、一定時間長の１シンボルで２ビットが表現される。可視光通信に用いられる変調方法などは、例えば、電子情報技術産業協会規格（ＪＥＩＴＡ）のＣＰ−１２２３「可視光ビーコンシステム」に規定されている。

［２−２．受信端末］
受信端末２０は、可視光受信部２１と、駆動部２２と、制御部２３と、撮影部２４と、姿勢センサ２５と、距離センサ２６と、加速度センサ２７と、無線部２８と、提示部２９とを備える。

可視光受信部２１は、所定の受光方向に指向性を有する受光部２１ａを有する。受光部２１ａは、例えば、所定の範囲から入射される光のみを受信する。所定の範囲は、例えば、平面角が３０度〜１２０度の範囲である。

受光部２１ａは、照明光を受光し、受光した照明光を光電変換することで、電気信号を生成して出力する。受光部２１ａは、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトコンダクタなどである。具体的には、受光部２１ａは、フォトダイオードなどに照明光を集光する光学レンズなどの集光部を有する。これにより、受光部２１ａは、所定の受光方向に指向性を有する。

可視光受信部２１は、受光部２１ａが生成した電気信号を復調することで、照明光に重畳された可視光ＩＤを取得する。

駆動部２２は、受光方向を変更する。例えば、駆動部２２は、互いに直交する２軸のそれぞれを軸として、可視光受信部２１を回動させる。２軸は、例えば、左右方向及び上下方向である。つまり、駆動部２２は、可視光受信部２１をパン及びチルトすることができる。パンは、上下方向を軸とした左右方向への回動であり、チルトは、左右方向を軸とした上下方向への回動である。回動の具体例については、図５Ａ〜図６Ｂを用いて後で説明する。

なお、上下方向は、受信端末２０を所定の設置面に設置した場合に、当該設置面に垂直な方向である。左右方向は、受信端末２０を設置面に設置した場合に、当該設置面に平行な方向である。つまり、受信端末２０を水平面に設置した場合には、上下方向及び左右方向はそれぞれ、鉛直方向及び水平方向になる。

制御部２３は、駆動部２２を制御する。具体的には、制御部２３は、駆動部２２を制御して受光方向を１以上の照明装置１０に向けることで、１以上の照明装置１０から発せられた照明光を受光部２１ａに受光させる。

このとき、例えば、制御部２３は、撮影部２４によって取得された撮影画像から１以上の照明装置１０の位置を推定し、推定した１以上の位置に受光方向が向くように駆動部２２を制御することで、受光方向を１以上の照明装置１０に向ける。例えば、制御部２３は、推定した１以上の位置に、撮影画像の中心に近い順で受光方向が向くように駆動部２２を制御する。

制御部２３は、受光部２１ａが受光した照明光に重畳された可視光ＩＤと、当該照明光を受光部２１ａが受光したときの受光方向とを用いて、受信端末２０の位置を算出する。具体的には、制御部２３は、異なる位置に配置された２つの照明装置１０の位置を利用した三角測量により、受信端末２０の位置を算出する。このとき、例えば、制御部２３は、距離センサ２６によって取得された距離情報をさらに用いて、受信端末２０の位置を算出する。

三角測量の詳細については、図７Ａ及び図７Ｂを用いて後で説明する。

撮影部２４は、１以上の照明装置１０を撮影することで、撮影画像を取得する。撮影部２４は、例えば、１以上の照明装置１０を同時に撮影する。言い換えると、撮影画像には、１以上の照明装置１０が含まれる。例えば、撮影部２４は、広範囲を撮影可能な広角カメラであり、具体的には、魚眼カメラである。撮影部２４は、例えば、受信端末２０の天頂方向を中心として１以上の照明装置１０を撮影する。これにより、撮影画像の中心が天頂になる。

姿勢センサ２５は、受光部２１ａの傾きを検知する。例えば、姿勢センサ２５は、水平方向に対する受光部２１ａの傾きを検知する。受信端末２０が水平面を移動している場合、姿勢センサ２５が検出する傾きは、駆動部２２による上下方向の回動角（すなわち、チルト角θ）に相当する。受信端末２０が斜面を移動している場合、姿勢センサ２５が検出する傾きは、駆動部２２による上下方向の回動角と斜面の角度との合計に相当する。姿勢センサ２５は、例えば、ジャイロセンサである。

距離センサ２６は、１以上の照明装置１０までの距離、又は、天井３までの距離を示す距離情報を取得する。距離センサ２６は、例えば、赤外線センサ、又は、ステレオカメラである。

例えば、距離センサ２６は、受光部２１ａの近傍に設けられ、受光部２１ａの受光方向と平行な方向への距離を測定する。これにより、受光部２１ａの受光方向が照明装置１０に向けられた場合に、距離センサ２６は、照明装置１０までの距離を測定することができる。

加速度センサ２７は、受信端末２０の移動を検知する移動検知部の一例である。加速度センサ２７は、受信端末２０の加速度を検知する。例えば、加速度センサ２７は、３軸加速度センサである。

なお、受信端末２０は、加速度センサ２７の代わりに、ロボット２の車輪の駆動を検知する駆動検知部を備えてもよい。

無線部２８は、サーバ装置３０と無線通信を行う。例えば、無線部２８は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又はＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などの無線通信規格に対応する通信モジュール又は通信インタフェースである。

無線部２８は、可視光受信部２１によって取得された可視光ＩＤをサーバ装置３０に送信する。そして、無線部２８は、サーバ装置３０から、送信した可視光ＩＤに対応する照明位置情報を取得する。照明位置情報は、送信した可視光ＩＤを発した照明装置１０の位置を示す情報である。例えば、照明位置情報は、フロア番号と、フロア内の二次元座標とを示す。あるいは、照明位置情報は、フロア番号と、緯度及び経度とを示してもよい。

また、無線部２８は、端末位置情報を送信する。端末位置情報は、制御部２３によって算出された受信端末２０の位置を示す情報である。つまり、端末位置情報は、受信端末２０の現在位置を示している。端末位置情報は、照明位置情報と同様に、フロア番号と、フロア内の二次元座標とを示す。端末位置情報は、フロア番号と、緯度及び経度とを示してもよい。

無線部２８は、送信した端末位置情報に対応する環境情報を取得する。環境情報は、例えば、端末位置情報が示す位置の周囲の障害物を示す情報である。例えば、環境情報は、近くに壁５があること、あるいは、ドア６があることなどを示す情報である。

提示部２９は、算出された受信端末２０の位置に応じた情報を提示する。例えば、提示部２９は、無線部２８によって取得された環境情報をユーザに提示する。提示部２９は、例えば、スピーカー、バイブレータ、ディスプレイなどであり、音、振動又は光などで環境情報をユーザに提示する。例えば、提示部２９は、壁５があることを示す環境情報に基づいて、「壁があります」などという音声データを生成して出力する。

また、提示部２９は、さらに、端末位置情報をユーザに提示してもよい。これにより、ユーザは、現在位置を知ることができる。

なお、図１に示すように、ロボット２に受信端末２０が設けられている場合は、受信端末２０は、提示部２９を備えていなくてもよい。

［２−３．サーバ装置］
サーバ装置３０は、位置推定システム１の情報提供機器である。サーバ装置３０は、無線部３１と、無線情報管理部３２と、記憶部３３とを備える。

無線部３１は、受信端末２０と無線通信を行う。例えば、無線部３１は、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ又はＺｉｇＢｅｅなどの無線通信規格に対応する通信モジュール又は通信インタフェースである。具体的には、無線部３１は、受信端末２０の無線部２８と同じ無線通信規格に基づいた無線通信を行う。

無線部３１は、受信端末２０から送信された可視光ＩＤを取得する。そして、無線部３１は、取得した可視光ＩＤに対応する照明位置情報を送信する。また、無線部３１は、受信端末２０から送信された端末位置情報を取得する。そして、無線部３１は、取得した端末位置情報に対応する環境情報を送信する。

無線情報管理部３２は、無線部３１が取得した情報に基づいて、当該情報に対応する情報を記憶部３３から読み出して取得する。例えば、無線情報管理部３２は、無線部３１が取得した可視光ＩＤに対応する照明位置情報を、記憶部３３に記憶されている照明位置データベース３３ａを参照することで取得する。また、無線情報管理部３２は、無線部３１が取得した端末位置情報に対応する環境情報を、記憶部３３に記憶されている環境情報データベース３３ｂを参照することで取得する。

記憶部３３は、照明位置データベース３３ａと、環境情報データベース３３ｂとを記憶している。記憶部３３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、フラッシュメモリなどの不揮発性記録媒体である。

ここで、照明位置データベース３３ａと、環境情報データベース３３ｂとの一例について、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。

図３Ａは、本実施の形態に係る照明位置データベース３３ａを示す図である。

照明位置データベース３３ａは、可視光ＩＤと、当該可視光ＩＤが割り当てられた照明装置１０の位置とを対応付けたデータベースである。図３Ａに示すように、照明装置１０の位置、すなわち、照明位置情報は、三次元座標で示される。具体的には、照明装置１０の位置は、フロア数と、フロア内での二次元位置を示すＸ座標及びＹ座標とで表される。例えば、照明位置データベース３３ａは、フロア毎に、フロア内の照明装置１０の位置を示すフロアマップに相当する。なお、Ｘ座標及びＹ座標の代わりに、緯度及び経度を用いてもよい。

例えば、図３Ａに示す例では、ＩＤ１が割り当てられた照明装置１０は、３階のフロア内の（１５０，１００）の位置に配置されていることを表している。また、ＩＤ２が割り当てられた照明装置１０は、３階のフロア内の（１５０，２００）の位置に配置されていることを表している。他の可視光ＩＤが割り当てられた照明装置についても同様である。

図３Ｂは、本実施の形態に係る環境情報データベース３３ｂを示す図である。

環境情報データベース３３ｂは、位置情報と、環境情報とを対応付けたデータベースである。図３Ｂに示すように、位置情報は、例えば、三次元座標で示される。環境情報は、位置情報が示す位置の周囲の様子を示す情報である。具体的には、環境情報は、「壁」、「ドア」、「障害物」などのロボット２にとって移動の障害になるものが近くにあることを示している。例えば、環境情報は、ロボット２にとって危険なものを示す危険情報を含んでいる。

環境情報は、危険に対する回避方法を示す回避情報をさらに含んでもよい。例えば、「壁５」によって進むことができない場合は、環境情報は、壁５の方向には進入禁止であることを示す進入禁止情報を回避情報として含んでいる。この場合、受信端末２０は、進入禁止情報に基づいて、壁５の方向への移動を禁止する。あるいは、環境情報は、壁５を迂回するための情報、例えば、ドア６の位置を示す情報を含んでもよい。この場合、受信端末２０は、ドア６の方向へロボット２の進路を向けることができる。

なお、位置情報は、Ｘ座標及びＹ座標、並びに、フロア数の少なくとも１つを示せばよい。例えば、１行目の（０，任意，３）のように、Ｙ座標が任意の値で示されてもよい。この場合、無線情報管理部３２は、フロア数が“３”であり、Ｘ座標が“０”である端末位置情報を取得された場合、当該端末位置情報は（０，任意，３）に相当するので、対応する「壁あり」という環境情報を読み出すことができる。

また、記憶部３３は、例えば、受信端末２０の移動履歴を示す移動履歴情報を記憶してもよい。移動履歴情報は、例えば、受信端末２０から受信した端末位置情報と、時刻情報とを対応付けて示す情報である。

［３．受信端末の構成］
続いて、本実施の形態に係る受信端末２０の構成について、図４〜図６Ｂを用いて説明する。

図４は、本実施の形態に係る受信端末２０の概観斜視図である。

図５Ａは、本実施の形態に係る受信端末２０の基準位置を示す側面図である。図５Ｂは、本実施の形態に係る受信端末２０がチルト角θで回動したときの位置を示す側面図である。

図６Ａは、本実施の形態に係る受信端末２０の基準位置を示す上面図である。図６Ｂは、本実施の形態に係る受信端末２０がパン角φで回動したときの位置を示す上面図である。

図５Ａ〜図６Ｂにおいて、軸Ｐは、受信端末２０の左右方向に平行な軸であり、軸Ｑは、受信端末２０の上下方向に平行な軸である。軸Ｐと軸Ｑとは、互いに直交する。

図４に示すように、受信端末２０は、受信器１００と、チルト駆動部１１０と、パン駆動部１２０と、筐体１３０と、魚眼カメラ１４０とを備える。

受信器１００は、例えば、略直方体状の筐体である。受信器１００には、受光部１０１が設けられている。また、図示しないが、受信器１００には、姿勢センサ２５及び距離センサ２６が設けられている。受光部１０１は、図２に示す受光部２１ａに相当する。

受信器１００は、チルト駆動部１１０に取り付けられている。このとき、受光部１０１は、チルト駆動部１１０との取り付け面とは反対側に設けられ、照明光が受光可能な状態にある。

チルト駆動部１１０及びパン駆動部１２０は、図２に示す駆動部２２に相当する。チルト駆動部１１０は、軸Ｐを回動軸として上下方向に回動、すなわち、チルトする。パン駆動部１２０は、軸Ｑを回動軸として左右方向に回動、すなわち、パンする。チルト駆動部１１０及びパン駆動部１２０は、制御部２３によってそれぞれ独立に制御される。

チルト駆動部１１０は、パン駆動部１２０に回動可能に取り付けられている。パン駆動部１２０は、筐体１３０に回動可能に取り付けられている。チルト駆動部１１０及びパン駆動部１２０が回動することで、連動して受信器１００も回動する。

筐体１３０は、例えば、略円柱状の筐体である。筐体１３０には、例えば、通信モジュール（図２に示す無線部２８）、マイコン（図２に示す制御部２３）、加速度センサ２７が内蔵されている。筐体１３０の形状は一例であって、いかなるものでもよい。筐体１３０は、例えば、プラスチックなどの樹脂材料から構成される。

魚眼カメラ１４０は、図２に示す撮影部２４に相当する。魚眼カメラ１４０は、例えば、１５ｆｐｓなどのフレームレートで撮影する。魚眼カメラ１４０は、高フレームレートでの撮影を行う必要はなく、例えば、６０ｆｐｓ以下のフレームレートでの撮影ができれば十分である。したがって、魚眼カメラ１４０としては、市販の安価なカメラを利用することができる。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、受信器１００は、軸Ｐを回動軸として上下方向に回動、すなわち、チルトする。具体的には、制御部２３による制御に基づいて、チルト駆動部１１０が上下方向に回動することにより、受信器１００はチルトする。これにより、受光部１０１の受光方向１０２を上下方向に傾けることができる。

例えば、図５Ａに示すように、受光部１０１の受光方向１０２が軸Ｑに一致する場合を、受信端末２０の基準位置とみなす。すなわち、この場合、チルト角θは０度である。チルト角θは、図５Ｂに示すように、軸Ｑと受光方向１０２とがなす角度で示される。チルト角θは、例えば、−９０度〜＋９０度の値で示される。つまり、チルト駆動部１１０は、例えば、±９０度の回動が可能である。

なお、受光方向１０２は、例えば、受光部１０１の受光強度が最も高い光の入射方向である。具体的には、受光部１０１の中心を通り、受信器１００の受光部１０１が露出した面に垂直な方向である。受光部１０１は、受光方向１０２を中心とした所定の範囲（具体的には、所定の立体角）内の光を受光することができる。

また、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、受信器１００は、軸Ｑを回動軸として左右方向に回動、すなわち、パンする。具体的には、制御部２３による制御に基づいて、パン駆動部１２０が左右方向に回動することにより、受信器１００はパンする。これにより、受光部１０１の受光方向１０２を左右方向に変更することができる。

例えば、図６Ａに示すように、受光部１０１の所定方向１０３が軸Ｐに一致する場合を、受信端末２０の基準位置とみなす。すなわち、この場合、パン角φは０度である。パン角φは、図６Ｂに示すように、軸Ｐと所定方向１０３とがなす角度で示される。パン角φは、例えば、−１８０度〜＋１８０度の値で示される。つまり、パン駆動部１２０は、例えば、±１８０度の回動が可能である。あるいは、パン駆動部１２０は、回転することができてもよい。

なお、所定方向１０３は、予め定められた任意の方向である。例えば、照明位置を定義するのに用いたＸ軸及びＹ軸に平行な方向でもよい。あるいは、所定方向１０３は、東西南北などの絶対的な方向でもよい。あるいは、所定方向１０３は、ロボット２の進行方向でもよい。本実施の形態では、所定方向１０３がＹ軸正方向である場合について説明する。

［４．三角測量］
続いて、本実施の形態に係る三角測量を用いた位置推定の詳細について、図７Ａ〜図１０を用いて説明する。

［４−１．天井と床とが水平の場合］
まず、天井３と床４とが水平である場合について、図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。図７Ａ及び図７Ｂはそれぞれ、本発明の実施の形態に係る位置推定システムにおける三角測量を説明するための斜視図及び上面図である。

図７Ａに示すように、天井３には、第１照明装置１０ａと、第２照明装置１０ｂとが互いに異なる位置に設けられている。例えば、第１照明装置１０ａは、第１位置（８０，６０）に配置され、第２照明装置１０ｂは、第２位置（１０，３０）に配置されている。第１照明装置１０ａ及び第２照明装置１０ｂはそれぞれ、照明装置１０と同じ構成を有する。

第１照明装置１０ａは、第１識別情報の一例であるＩＤ１が重畳された第１照明光を発する。第２照明装置１０ｂは、第２識別情報の一例であるＩＤ２が重畳された第２照明光を発する。

本実施の形態では、制御部２３は、ＩＤ１に基づいて第１位置をサーバ装置３０から取得する。制御部２３は、ＩＤ２に基づいて第２位置をサーバ装置３０から取得する。具体的には、制御部２３は、無線部２８を介して、第１位置及び第２位置を示す照明位置情報をサーバ装置３０から取得する。さらに、制御部２３は、取得した第１位置及び第２位置と、第１照明光を受光部２１ａが受光したときの第１受光方向と、第２照明光を受光部２１ａが受光したときの第２受光方向とを用いた三角測量により、受信端末２０の位置を算出する。

なお、以下では説明を簡単にするため、受信端末２０が静止した状態で２つの可視光ＩＤ（具体的には、ＩＤ１及びＩＤ２）を取得した場合について説明する。

まず、制御部２３は、駆動部２２を制御することで、受光部２１ａの受光方向を第１照明装置１０ａに向ける。具体的には、制御部２３は、受光方向を向けるべき位置である第１照明装置１０ａのおよその位置を撮影画像から決定し、決定した位置に受光方向を向ける。これにより、受光部２１ａは、第１照明装置１０ａが発する第１照明光を受光する。例えば、受光時のチルト角はθ１であり、パン角はφ１である。可視光受信部２１は、受光部２１ａが受光した第１照明光に重畳されたＩＤ１を取得する。

受信端末２０から天井３までの高さ、具体的には、図７Ａに示す受信端末２０から天頂部２００までの高さをＨとする。なお、天頂部２００は、受信端末２０の天頂方向と天井３との交点であり、具体的には、図５Ａに示す受信端末２０の軸Ｑと天井３との交点である。天井３と床４とが平行である場合は、高さＨは固定の値であるので、例えば、制御部２３が高さＨを予め記憶していてもよい。あるいは、距離センサ２６により高さＨを測定してもよい。

このとき、制御部２３は、第１照明装置１０ａと天頂部２００との間の距離Ｌ１を、（式１）を用いて算出する。

（式１）Ｌ１＝Ｈｔａｎθ１

これにより、図７Ｂに示すように、受信端末２０は、上面視において、第１照明装置１０ａを中心とした半径Ｌ１（＝Ｈｔａｎθ１）の第１円２１１の円周上に位置していることが分かる。

続いて、制御部２３は、駆動部２２を制御することで、受光部２１ａの受光方向を第２照明装置１０ｂに向ける。これにより、受光部２１ａは、第２照明装置１０ｂが発する第２照明光を受光する。例えば、受光時のチルト角はθ２であり、パン角はφ２である。可視光受信部２１は、受光部２１ａが受光した第２照明光に重畳されたＩＤ２を取得する。

制御部２３は、第２照明装置１０ｂと天頂部２００との間の距離Ｌ２を、（式２）を用いて算出する。

（式２）Ｌ２＝Ｈｔａｎθ２

これにより、図７Ｂに示すように、受信端末２０は、上面視において、第２照明装置１０ｂを中心とした半径Ｌ２（＝Ｈｔａｎθ２）の第２円２１２の円周上に位置していることが分かる。

以上のことから、受信端末２０の平面内の位置は、第１円２１１の円周と第２円２１２の円周との２つの交点２０１及び２０２のいずれかに決定される。

さらに、制御部２３は、パン角φ１及びφ２を用いて受信端末２０の位置を一意に算出することができる。例えば、図７ＢにおいてＹ軸方向がパン角の基準（０度）である場合を想定する。このとき、受信端末２０が交点２０１に位置するとき、パン角φ１及びφ２は、ともに９０度未満の値になるのに対して、受信端末２０が交点２０２に位置するとき、パン角φ１及びφ２は、とも９０度以上の値となる。このように、例えば、パン角φ１及びφ２の大きさを判定することで、受信端末２０の平面内の位置を算出することができる。具体的には、図７Ａ及び図７Ｂに示す例では、交点２０１に受信端末２０が位置していることが分かる。

以上のようにして、制御部２３は、第１照明装置１０ａ及び第２照明装置１０ｂに対する相対的な受信端末２０の位置を算出する。

さらに、制御部２３は、無線部２８を介して、ＩＤ１及びＩＤ２をサーバ装置３０に送信することで、サーバ装置３０から、第１照明装置１０ａの第１位置及び第２照明装置１０ｂの第２位置を取得する。そして、制御部２３は、第１位置及び第２位置を用いて、受信端末２０の絶対位置を算出する。

なお、受信端末２０は、実際には、移動しながら照明光を受信するので、２つの照明装置１０から照射された２つの照明光（具体的には、第１照明光及び第２照明光）をそれぞれ受光する時刻（タイミング）は異なっている。つまり、２つの照明光を受光する間に受信端末２０が移動するので、三角測量を行う際に、受信端末２０の移動量を考慮に入れることで、より高精度に受信端末２０の位置を算出することができる。

具体的には、制御部２３は、第１照明光を受光した第１時刻と、第２照明光を受光した第２時刻との間に受信端末２０が移動した移動量を、加速度センサ２７の検知結果に基づいて算出する。そして、制御部２３は、算出した移動量を用いて、受信端末２０の位置を算出する。

例えば、第１時刻と第２時刻との間に、受信端末２０が所定の移動方向に距離ｄだけ移動した場合を想定する。この場合、第１円２１１の中心である第１照明装置１０ａが、当該所定の移動方向に距離ｄだけ移動した位置にあるとみなせばよい。なお、移動方向は、例えば、加速度センサ２７によって取得することができる。

なお、例えば、制御部２３は、加速度センサ２７が受信端末２０の移動を検知しない状態で駆動部２２を制御してもよい。つまり、制御部２３は、受信端末２０が静止している状態で駆動部２２を制御してもよい。これにより、受信端末２０が移動しないので、移動量を用いた補正を行わなくてもよい。

［４−２．床が斜めの場合］
次に、床が斜めである場合について、図８を用いて説明する。図８は、本実施の形態に係る位置推定システム１において床４ａが斜めになっている場合の三角測量を説明するための図である。

床４ａが斜めになっている場合、水平な床４の場合と同様に、第１照明装置１０ａから天頂部２００までの距離Ｌ１と、第２照明装置１０ｂから天頂部２００までの距離Ｌ２とを算出すればよい。床の傾きをθとし、受信端末２０から第１照明装置１０ａまでの距離をＤ１、第２照明装置１０ｂまでの距離をＤ２としたとき、距離Ｌ１及びＬ２はそれぞれ、（式３）及び（式４）で表される。

（式３） Ｌ１＝Ｄ１ｓｉｎ（θ１−θ）
（式４） Ｌ２＝Ｄ２ｓｉｎ（θ２＋θ）

一方で、受信端末２０から天頂部２００までの距離Ｈは、（式５）で表される。

（式５） Ｈ＝Ｄ１ｃｏｓ（θ１−θ）＝Ｄ２ｃｏｓ（θ２＋θ）

したがって、例えば、（式５）の右の等式を解くことにより、θをθ１、θ２、Ｄ１及びＤ２で表すことができる。なお、θ１及びθ２は、可視光ＩＤの受光時のチルト角として取得することができる。また、Ｄ１及びＤ２は、距離センサ２６によって取得することができる。

これにより、制御部２３は、（式３）〜（式５）を用いて、Ｌ１及びＬ２を算出することができる。したがって、制御部２３は、図７Ａ及び図７Ｂの場合と同様に、受信端末２０の位置を算出することができる。

なお、このとき、距離センサ２６は、Ｄ１及びＤ２のいずれか一方の代わりに、天頂部２００までの距離Ｈを取得してもよい。あるいは、姿勢センサ２５によって床４ａの傾きθを直接測定してもよい。

［４−３．天井が斜めの場合］
次に、天井が斜めである場合について、図９を用いて説明する。図９は、本実施の形態に係る位置推定システム１において天井３ａが斜めになっている場合の三角測量を説明するための図である。

天井３ａが斜めになっている場合、水平な天井３の場合と同様に、第１照明装置１０ａから天頂軸２００ａまでの距離Ｌ１と、第２照明装置１０ｂから天頂軸２００ａまでの距離Ｌ２とを算出すればよい。なお、天頂軸２００ａは、受信端末２０と天頂部２００とを結ぶ直線、すなわち、受信端末２０の天頂方向である。受信端末２０から第１照明装置１０ａまでの距離Ｄ１と、第２照明装置１０ｂまでの距離Ｄ２とを用いて、距離Ｌ１及びＬ２はそれぞれ、（式６）及び（式７）で表される。

（式６） Ｌ１＝Ｄ１ｓｉｎθ１
（式７） Ｌ２＝Ｄ２ｓｉｎθ２

なお、（式６）及び（式７）はそれぞれ、（式３）及び（式４）において、床の傾きθを０度とした式である。

したがって、距離センサ２６がＤ１及びＤ２を取得することにより、制御部２３は、（式６）及び（式７）を用いて距離Ｌ１及び距離Ｌ２を算出することができる。よって、制御部２３は、図７Ａ及び図７Ｂの場合と同様に、受信端末２０の位置を算出することができる。

［４−４．床と天井とが斜めの場合］
次に、床と天井との両方が斜めである場合について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施の形態に係る位置推定システム１において床４ａと天井３ａが斜めになっている場合の三角測量を説明するための図である。

床４ａ及び天井３ａが斜めになっている場合、水平な床４及び天井３の場合と同様に、第１照明装置１０ａから天頂軸２００ａまでの距離Ｌ１と、第２照明装置１０ｂから天頂軸２００ａまでの距離Ｌ２とを算出すればよい。床４ａの傾きをθとすると、距離Ｌ１及びＬ２は、図８の場合と同様に、（式３）及び（式４）で示される。

したがって、制御部２３は、（式３）〜（式５）を用いて、Ｌ１及びＬ２を算出することができる。したがって、制御部２３は、図７Ａ及び図７Ｂの場合と同様に、受信端末２０の位置を算出することができる。

なお、このとき、姿勢センサ２５によって床４ａの傾きθを直接測定してもよい。

［５．受光方向を向ける順序］
続いて、制御部２３が撮影画像に基づいて、受光部２１ａの受光方向を向ける順序を決定する動作について図１１を用いて説明する。

図１１は、本実施の形態に係る撮影部２４（魚眼カメラ１４０）によって取得された撮影画像を示す図である。撮影画像には、天井３と、天井３に配置された複数の照明装置１０とが含まれる。例えば、図１１に示すように、撮影画像には、１２個の照明装置１０（図中では、それぞれの可視光ＩＤがＩＤａ〜ＩＤｌと示されている）が含まれている。

制御部２３は、撮影画像から１以上の照明装置１０を検出する。具体的には、まず、制御部２３は、撮影画像を二値化する。例えば、制御部２３は、画素毎に、撮影画像の画素値（例えば、輝度値）を所定の閾値と比較する。そして、制御部２３は、閾値より小さい画素の輝度値を０に変換し、閾値以上の画素の輝度値を所定値（例えば、最大値）に変換することで、撮影画像を二値化する。

これにより、例えば、閾値を適切な値に設定することで、撮影画像のうち高輝度領域を抽出することができる。抽出された高輝度領域は、照明装置１０に起因するものであるので、高輝度領域の位置が照明装置１０の位置に相当する。

次に、制御部２３は、撮影画像の中心に近い順で、検出した照明装置１０の位置の優先度を設定する。なお、撮影部２４は、受信端末２０の天頂方向を中心として撮影を行うので、撮影画像の中心は、天頂部２００に相当する。つまり、制御部２３は、天頂部２００に近い順で、検出した照明装置１０の位置の優先順位を設定する。

例えば、図１１に示す例では、ＩＤｆの照明装置１０が中心に最も近く、最優先される。次に、ＩＤｇの照明装置１０が２番目に中心に近く、２番目に優先される。

制御部２３は、優先順位に従って、検出された方向に受光方向を傾ける。具体的には、制御部２３は、まず、ＩＤｆの照明装置１０の方向に受光方向を向けるように駆動部２２を制御する。次に、制御部２３は、ＩＤｇの照明装置１０の方向に受光方向を向けるように駆動部２２を制御する。

以上のように、本実施の形態では、天頂部２００に近い照明装置１０からの照明光を優先的に受光するように、受光部２１ａを傾ける。天頂部２００に近い照明装置１０からの照明光は、光強度が強いので、受光した照明光から可視光ＩＤを容易に復調することができる。これにより、例えば、可視光通信のエラーなどの発生を抑制することができ、位置推定の精度を高めることができる。

［６．動作］
続いて、本実施の形態に係る位置推定システム１の動作について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施の形態に係る位置推定システム１の動作を示すフローチャートである。具体的には、図１２は、受信端末２０の動作を示している。

まず、撮影部２４（魚眼カメラ１４０）は、天井３を撮影することで、撮影画像を取得する（Ｓ１０）。具体的には、天井３に配置された複数の照明装置１０を撮影する。これにより、例えば、図１１に示す撮影画像が取得される。

次に、制御部２３は、撮影部２４によって取得された撮影画像を二値化する（Ｓ１２）。例えば、制御部２３は、撮影画像の画素毎に、輝度値と閾値とを比較して、閾値より小さい画素の輝度値を０に変換し、閾値以上の画素の輝度値を所定値に変換することで、撮影画像を二値化する。

次に、制御部２３は、高輝度領域を検出する（Ｓ１４）。具体的には、制御部２３は、二値化された撮影画像の非０の画素の集合を、高輝度領域として検出する。このとき、制御部２３は、画素の集合が一定以上の大きさの領域である場合に、当該領域を高輝度領域として検出してもよい。高輝度領域が照明装置１０の位置に相当する。すなわち、制御部２３は、照明装置１０の位置を検出する。

照明装置１０が検出された場合（Ｓ１６でＹｅｓ）、制御部２３は、駆動部２２を制御して、検出された照明装置１０の位置に受光方向を向ける（Ｓ１８）。このとき、制御部２３は、撮影画像に基づいて、天頂部２００に近い順で受光方向を向ける。例えば、制御部２３は、撮影画像から照明装置１０のおよその位置を推定し、推定した位置に応じてチルト角θ及びパン角φを決定し、駆動部２２を制御する。

なお、このとき、床が水平である場合は、撮影画像の中心が天頂部２００に一致するが、例えば、図８及び図１０に示す床４ａのように、床が斜めの場合は、撮影画像の中心は天頂部２００に一致しない。

このため、例えば、姿勢センサ２５によって検知された受信端末２０の傾きに基づいて、制御部２３は、撮影画像から天頂部２００の位置を決定する。具体的には、制御部２３は、距離センサ２６によって取得された天井３までの距離と、受信端末２０の傾きとに基づいて、撮影画像の中心からのずれ量を算出することで、天頂部２００の位置を決定する。

受光部２１ａは、受光方向が照明装置１０に一致した場合に、照明装置１０から照明光を受光する（Ｓ２０）。そして、可視光受信部２１は、受光した照明光から可視光ＩＤを取得する。

次に、距離センサ２６は、受光した照明光を発した照明装置１０までの距離を測定することで、距離情報を取得する（Ｓ２２）。なお、取得した距離情報及び可視光ＩＤは、例えば、制御部２３が読み出し可能なメモリに一時的に保持される。

三角測量に必要な数の可視光ＩＤが取得されていない場合（Ｓ２４でＮｏ）、ステップＳ１８に戻り、制御部２３は、次の照明装置１０の位置に受光方向が向くように、駆動部２２を制御する。なお、三角測量に必要な数は、例えば、２である。

三角測量に必要な数の可視光ＩＤが取得された場合（Ｓ２４でＹｅｓ）、制御部２３は、照明装置１０に対する受信端末２０の相対位置を算出する（Ｓ２６）。具体的には、図７Ａ及び図７Ｂで説明したように、受光方向（角度）と距離とを用いた三角測量に基づいて、制御部２３は、受信端末２０の相対位置を算出する。

次に、制御部２３は、無線部２８を介して、サーバ装置３０に問い合わせを行う（Ｓ２８）。具体的には、制御部２３は、可視光受信部２１が取得した可視光ＩＤをサーバ装置３０に送信することで、可視光ＩＤに対応する照明位置情報の要求を行う。

次に、制御部２３は、無線部２８を介して、サーバ装置３０から送信される照明位置情報を取得する（Ｓ３０）。これにより、制御部２３は、可視光ＩＤに対応する照明装置１０の位置を取得することができる。

制御部２３は、取得した照明位置情報に基づいて、受信端末２０の絶対位置を算出する（Ｓ３２）。具体的には、制御部２３は、三角測量に基づいて算出した相対位置と、照明位置情報が示す照明装置１０の位置とに基づいて、受信端末２０の絶対位置を算出する。

次に、制御部２３は、無線部２８を介して、算出した絶対位置を示す端末位置情報をサーバ装置３０に送信する（Ｓ３４）。サーバ装置３０では、例えば、受信した端末位置情報を時刻情報に対応付けて、移動履歴情報として記憶部３３に記憶する。

次に、制御部２３は、無線部２８を介して、送信した端末位置情報に対応する環境情報をサーバ装置３０から取得する（Ｓ３６）。

最後に、制御部２３は、算出した受信端末２０の位置に基づいて、例えば、ロボット２の移動方向の制御を行う（Ｓ３８）。また、制御部２３は、取得した環境情報に応じた制御を行う。例えば、制御部２３は、ロボット２に壁５を回避させるように、壁５とは異なる方向へロボット２の移動方向を向けるように、ロボット２の駆動部を制御する。

ここで、例えば、三角測量で受信端末２０の位置を算出するためには、少なくとも２つの可視光ＩＤと、当該２つの可視光ＩＤを取得したときの受光方向とが必要である。しかしながら、受信端末２０の位置によっては、１つの可視光ＩＤしか受信できない場合、あるいは、可視光ＩＤを１つも受信できない場合も想定される。

これらの場合は、例えば、制御部２３は、過去の移動履歴情報（又は、受信できた１つの可視光ＩＤ）と、加速度センサ２７によって検出された加速度とに基づいて、受信端末２０の位置を推定してもよい。例えば、制御部２３は、直前に算出された受信端末２０の位置と、加速度に基づいて算出された受信端末２０の移動量とに基づいて、現在位置を推定することができる。

また、このとき、制御部２３は、撮影部２４によって取得された撮影画像を位置の推定に利用することもできる。例えば、制御部２３は、天井３に配置された照明装置１０の形状及び配置情報を用いることで、大まかな位置を推定することができる。

したがって、図１２に示すように、照明装置１０が検出されなかった場合（Ｓ１６でＮｏ）、例えば、制御部２３は、無線部２８を介して、サーバ装置３０に問い合わせを行う（Ｓ４０）。具体的には、制御部２３は、照明装置１０が検出できなかったことをサーバ装置３０に通知する。制御部２３は、例えば、サーバ装置３０から直前の受信端末２０の位置情報を取得し（Ｓ４２）、取得した位置情報と加速度とに基づいて、受信端末２０の現在位置を推定する（Ｓ４４）。

以上のように、図１２に示す動作を繰り返すことで、受信端末２０（及びロボット２）は、自身の位置を算出しながら移動することができる。これにより、ロボット２の正確な自律移動が可能となる。

なお、天井３には、可視光通信を行わない照明装置が設けられている場合もある。この場合、ステップＳ２０で可視光受信部２１は、可視光ＩＤを取得できない。したがって、距離情報を取得しなくてもよいので、制御部２３は、ステップＳ２２を行わずに次の照明装置の位置に受光方向を向けるように、駆動部２２を制御してもよい。

［７．まとめ］
以上のように、本実施の形態に係る位置推定システム１は、各々が、固有の識別情報が重畳された照明光を発する１以上の照明装置１０と、照明光を受光することで、識別情報を受信する受信端末２０とを備え、受信端末２０は、所定の受光方向に指向性を有する受光部２１ａと、受光方向１０２を変更する駆動部２２と、駆動部２２を制御する制御部２３とを備え、制御部２３は、駆動部２２を制御して受光方向１０２を変更することで、１以上の照明装置１０から発せられた照明光を受光部２１ａに受光させ、受光部２１ａが受光した照明光に重畳された識別情報と、当該照明光を受光部２１ａが受光したときの受光方向１０２とを用いて、受信端末２０の位置を算出する。

これにより、駆動部２２が受光部２１ａの受光方向を変更することで、容易に受光方向を照明装置１０に向けることができる。このとき、受光部２１ａは、受光方向に指向性を有するので、狭い範囲の照明光を受光することができ、当該照明光に重畳された可視光ＩＤを容易に取得することができる。例えば、受光した照明光を電気信号に変換し、変換した電気信号を復調することで、可視光ＩＤを取得することができる。つまり、従来のように、空間分離を用いた撮影画像の画像処理を行わなくて済むので、低処理量で、受信端末２０の位置を推定することができる。

また、指向性を有する受光部２１ａは、例えば、光学レンズとフォトダイオードとなどの安価な部品を組み合わせることで形成することができる。つまり、従来のように高フレームレートの魚眼レンズなどの高い性能を有する部品を必要としないので、安価に受信端末２０の位置を推定することができる。

また、例えば、受信端末２０は、さらに、撮影画像を取得する撮影部２４を備え、制御部２３は、撮影部２４によって取得された撮影画像から１以上の照明装置１０の位置を推定し、推定した１以上の位置に受光方向１０２が向くように、駆動部２２を制御する。

これにより、撮影部２４によって取得された撮影画像を利用して照明装置１０の位置を推定し、受光方向を向ける方向を決定するので、素早く可視光ＩＤを取得することができる。したがって、短期間に多くの可視光ＩＤを取得することができるので、受信端末２０の位置を精度良く推定することができる。

また、例えば、制御部２３は、推定した１以上の位置に、撮影画像の中心に近い順で受光方向１０２が向くように、駆動部２２を制御する。

これにより、撮影画像の中心に近い順で照明装置１０に受光方向を向けるので、例えば、１つの照明装置１０に受光方向を向けた後、次の照明装置１０に受光方向を向けるのに要する時間が短くて済む。したがって、短期間で多くの可視光ＩＤを取得することができるので、受信端末２０の位置を精度良く推定することができる。

また、例えば、撮影部２４は、受信端末２０の天頂方向を中心として１以上の照明装置１０を同時に撮影できるように設けられた広角カメラ又は魚眼カメラである。

これにより、受信端末２０の天頂方向に近い順で照明装置１０に受光方向を向けるので、より強度の強い照明光を受光することができ、可視光ＩＤを精度良く取得することができる。つまり、可視光ＩＤを誤認識する可能性が低減し、受信端末２０の位置を精度良く推定することができる。

また、例えば、１以上の照明装置１０は、第１識別情報が重畳された第１照明光を発する第１照明装置１０ａと、第１照明装置１０ａと異なる位置に配置され、第２識別情報が重畳された第２照明光を発する第２照明装置１０ｂとを含み、制御部２３は、第１識別情報に基づいて第１照明装置１０ａが配置された第１位置を取得し、第２識別情報に基づいて第２照明装置１０ｂが配置された第２位置を取得し、第１位置及び第２位置と、第１照明光を受光部２１ａが受光したときの第１受光方向と、第２照明光を受光部２１ａが受光したときの第２受光方向とを用いた三角測量により、受信端末２０の位置を算出する。

これにより、第１照明装置１０ａの第１位置と第２照明装置１０ｂの第２位置とに基づいた三角測量により、受信端末２０の位置を精度良く算出することができる。

また、例えば、受信端末２０は、さらに、受信端末２０の移動を検知する加速度センサ２７を備え、制御部２３は、さらに、第１照明光を受光した第１時刻と、第２照明光を受光した第２時刻との間に受信端末２０が移動した移動量を、加速度センサ２７の検知結果に基づいて算出し、算出した移動量をさらに用いて、受信端末２０の位置を算出してもよい。

これにより、２つの可視光ＩＤを受信する間に受信端末２０が移動した場合であっても、受信端末２０が移動した移動量を用いることで、受信端末２０の位置を精度良く算出することができる。

また、例えば、受信端末２０は、さらに、受信端末２０の移動を検知する加速度センサ２７を備え、制御部２３は、加速度センサ２７が受信端末２０の移動を検知しない状態で駆動部２２を制御してもよい。

これにより、２つの可視光ＩＤを受信する間に受信端末２０が移動しないので、移動量を考慮せずに済み、受信端末２０の位置を算出するのに要する処理量を削減することができる。

また、例えば、受信端末２０は、さらに、１以上の照明装置１０までの距離、又は、１以上の照明装置１０が設けられた天井３までの距離を示す距離情報を取得する距離センサ２６を備え、制御部２３は、距離情報をさらに用いて、受信端末２０の位置を算出してもよい。

これにより、距離センサ２６が照明装置１０までの距離などを取得するので、例えば、天井３又は床４が傾いている場合でも、受信端末２０の位置を精度良く算出することができる。

また、例えば、受信端末２０は、さらに、受光部２１ａの傾きを検知する姿勢センサ２５を備え、制御部２３は、姿勢センサ２５の検知結果に基づいて、受信端末２０の天頂方向を決定し、決定した天頂方向に近い順で、１以上の照明装置１０に受光方向１０２が向くように、駆動部２２を制御してもよい。

これにより、姿勢センサ２５が受光部２１ａの傾きを検知することで、受信端末２０の天頂方向を決定するので、例えば、床４が傾いている場合でも、受信端末２０の天頂方向を精度良く決定することができる。よって、例えば、上述したように天頂方向に近い順で受光方向を向けることで、短期間で多くの可視光ＩＤを取得することができ、受信端末２０の位置を精度良く推定することができる。

また、例えば、受信端末２０は、移動体に設けられている。

これにより、例えば、ロボット２などの移動体の位置を推定することができる。したがって、本実施の形態に係る位置推定システム１を、移動体の自律移動の制御、又は、後述するようなナビゲーションに利用することができる。

［８．別の適用例］
上述したように、位置推定システム１を、ロボット２などの自律移動を行う移動体の制御に適用する例について説明したが、例えば、人間のナビゲーションに適用することもできる。

図１３は、本実施の形態に係る位置推定システム１の適用例を示す図である。例えば、図１３に示すように、本実施の形態に係る位置推定システム１は、老人３００のナビゲーションを行うのに適用することができる。例えば、駅のホームなどの公共の場に複数の照明装置１０が配置されており、老人３００が所持する杖３１０に受信端末２０が取り付けられている。

図１４は、本変形例に係る受信端末２０が取り付けられた杖３１０を示す図である。杖３１０は、例えば、一本杖である。なお、杖３１０は、松葉杖、ロフストランドクラッチ、多脚杖などでもよい。あるいは、杖３１０は、視覚障害者が有する白杖でもよい。杖３１０は、例えば、木材、金属、プラスチックなどから構成される。

図１４に示すように、杖３１０は、把持部３１１を備える。

把持部３１１は、老人３００が把持する部分であり、グリップ状の握り込み形状を有する。具体的には、把持部３１１は、Ｕ字形状を有する。

杖３１０の上部、すなわち、把持部３１１側の先端部に、受信端末２０が設けられている。老人３００が杖３１０の把持部３１１を把持した場合に、受信端末２０が老人３００の手によって覆われないように、把持部３１１より上方に受信端末２０が設けられている。

これにより、照明装置１０によって老人３００の上方から照射される照明光を受信端末２０が受光するのを妨げにくくすることができる。

以上の構成により、例えば、老人３００が駅のホームの線路に近づきすぎた場合には、提示部２９が老人３００に線路が近いことを提示する。具体的には、提示部２９は、バイブレータ又はスピーカーであり、振動又は音（ブザー音又は音声など）によって老人３００に提示する。

あるいは、提示部２９は、受信端末２０が算出した絶対位置に基づいた位置情報を老人３００に提示してもよい。例えば、制御部２３は、駅名、ホームの番号などを受信端末２０の絶対位置に基づいてサーバ装置３０から取得し、提示部２９が音声などによって老人３００に提示してもよい。

これにより、例えば、点字ブロックなどに頼らずに、老人３００又は視覚障害者をナビゲーションすることができる。

例えば、従来から利用されている点字ブロックは、上に人又は物などの障害物が置かれている場合があり、常に点字ブロックが利用できるとは限らない。例えば、雪国などでは、屋外の点字ブロックは、雪によって覆われている場合もある。

また、駅などでは、点字ブロックは線路際に配置されていることが多く、老人３００などにとっては危険な位置に配置されている。さらに、点字ブロックは、進むべき経路を簡単に示しているに過ぎず、情報性が少ない。つまり、点字ブロックは、その傍にある物（例えば、建物の種別）などを示すことができず、リアルタイム性に乏しい。

これらの問題に対して、本実施の形態では、受信端末２０が可視光通信によって取得した可視光ＩＤに基づいて受信端末２０の位置を算出するので、可視光通信を行う照明装置１０が設けられている空間では、自由に案内することができる。つまり、点字ブロックの場合は、設置された点字ブロックの経路に沿ってしか案内できないのに対して、本実施の形態によれば、空間内を自由に案内することができる。

また、環境情報を提示することができるので、例えば、環境情報をリアルタイムに更新することで、人が居る場所に応じた情報を適宜提示することができる。

以上のように、例えば、受信端末２０は、さらに、算出された受信端末２０の位置に応じた情報を提示する提示部２９を備える。

これにより、受信端末２０と共に移動する人に、例えば、位置情報又は危険情報などを提示して案内することができる。

なお、受信端末２０は、杖３１０に限らず、老人３００が着用する衣服（例えば、帽子、ヘルメット、上着など）、又は、老人３００が乗る車椅子などに設けてもよい。このとき、老人３００の上方から照射される照明光が遮られないような位置に受信端末２０が設けられることが好ましい。

（変形例）
以下では、本実施の形態に係る位置推定システム１の変形例について、図１５を用いて説明する。図１５は、本変形例に係る位置推定システム１の動作を示すフローチャートである。

上記の実施の形態では、受信端末２０が撮影部２４を備える構成について説明したが、受信端末２０は、撮影部２４を備えなくてもよい。上記の実施の形態では、撮影画像に基づいて照明装置１０の位置を推定し、推定した方向に受光方向を向けていたが、本変形例では、撮影部２４を備えないので、撮影画像に基づいた照明装置１０の位置を推定することができない。したがって、本変形例では、受光方向をスキャンして様々な方向に向けることで、照明装置１０からの照明光を受光する。

まず、図１５に示すように、制御部２３は、駆動部２２を制御して受光方向をスキャンする（Ｓ１１２）。例えば、制御部２３は、パン角φを固定にし、チルト角θを変更する。照明装置１０が見つからなければ（Ｓ１６でＮｏ）、すなわち、照明光を受光しなければ、パン角φを所定の角度（例えば、５度）ずらして、チルト角θを変更する。このように、照明装置１０からの照明光を受光するまで、パン角φとチルト角θとを変更する。

照明装置１０が見つかった場合（Ｓ１６でＹｅｓ）、以降の処理（Ｓ２０〜Ｓ３８）は、図１２に示す処理と同じである。

なお、図１５に示す例では、端末位置情報の送信（Ｓ３４）及び環境情報の取得（Ｓ３６）を行なっていない。また、照明装置１０が見つからない場合に、サーバ装置３０への問い合わせ（Ｓ４０）から絶対位置の算出（Ｓ４４）までの処理も行なっていない。これらの処理は必須ではないので、実行してもしなくてもいずれでもよい。

以上のように、撮影部２４を備えない場合は、照明装置１０を見つけるまでに時間を要するものの、実施の形態と同様に、受信端末２０の位置を算出し、所定の制御に利用することができる。

（その他）
以上、本発明に係る位置推定システム及び受信端末について、上記実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、位置推定システム１は、１つのみの照明装置１０を備えていてもよい。この場合、受信端末２０は、照明装置１０から所定距離の位置にあることは分かる。具体的には、受信端末２０は、照明装置１０を中心として、半径が所定距離の円周上に位置している。このように、１つのみの照明装置１０の場合であっても、受信端末２０のおおよその位置を推定することができる。

このとき、例えば、受信端末２０が所定の直線上を移動するなど、受信端末２０の移動経路が限定されている場合には、当該移動経路と、上記円周との交点に位置していることが分かる。したがって、１つのみの照明装置１０の場合であっても、より精度良く受信端末２０の位置を推定することができる。

また、例えば、撮影部２４は、１以上の照明装置１０を分けて撮影してもよい。例えば、撮影部２４は、天頂より前方部分と天頂より後方部分とを交互に撮影してもよい。これにより取得された２枚の撮影画像から照明装置１０の位置を推定してもよい。

また、例えば、受信端末２０は、複数の受光部を備え、それぞれの受光方向を独立して変更してもよい。これにより、複数の照明装置１０から同時に複数の照明光を受光することができる。したがって、三角測量によって受信端末２０の位置を算出する際に、受信端末２０の移動量を考慮に入れずに済むので、算出に要する処理量を削減することができる。

また、例えば、ロボット２が、同じ経路を繰り返し移動する搬送車（搬送ロボット）である場合、受信端末２０を照明装置１０の保守点検に利用することもできる。例えば、受信端末２０は、同じ経路を繰り返し移動するので、照明装置１０からの照明光、及び、可視光ＩＤを繰り返し受信する。

したがって、受信端末２０は、例えば、受光した照明光の強度を定期的にサーバ装置３０に送信することで、サーバ装置３０は、照明光の強度の経時変化を管理することができる。これにより、サーバ装置３０は、例えば、照明光の強度の低下などを検出することができ、照明装置１０の保守点検に利用することができる。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１ 位置推定システム
２ ロボット（移動体）
１０ 照明装置
１０ａ 第１照明装置
１０ｂ 第２照明装置
２０ 受信端末
２１ 可視光受信部
２１ａ、１０１ 受光部
２２ 駆動部
２３ 制御部
２４ 撮影部
２５ 姿勢センサ
２６ 距離センサ
２７ 加速度センサ（移動検知部）
２９ 提示部
１０２ 受光方向

Claims (9)

1. 各々が、固有の識別情報が重畳された照明光を発する１以上の照明装置と、
   移動体に設けられ、前記照明光を受光することで、前記識別情報を受信する受信端末とを備え、
   前記受信端末は、
   所定の受光方向に指向性を有する受光部と、
   前記受光方向を変更する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、
   前記受信端末の天頂方向を中心として前記１以上の照明装置を同時に撮影することで、撮影画像を取得する撮影部とを備え、
   前記制御部は、
   前記撮影部によって取得された撮影画像から前記１以上の照明装置の位置を推定し、推定した１以上の位置に、前記撮影画像の中心に近い順で前記受光方向が向くように前記駆動部を制御して前記受光方向を変更することで、前記１以上の照明装置から発せられた照明光を前記受光部に受光させ、
   前記受光部が受光した照明光に重畳された識別情報と、当該照明光を前記受光部が受光したときの受光方向とを用いて、前記受信端末の位置を算出する
   位置推定システム。
2. 前記撮影部は、広角カメラ又は魚眼カメラである
   請求項１に記載の位置推定システム。
3. 前記１以上の照明装置は、
   第１識別情報が重畳された第１照明光を発する第１照明装置と、
   前記第１照明装置と異なる位置に配置され、第２識別情報が重畳された第２照明光を発する第２照明装置とを含み、
   前記制御部は、
   前記第１識別情報に基づいて前記第１照明装置が配置された第１位置を取得し、
   前記第２識別情報に基づいて前記第２照明装置が配置された第２位置を取得し、
   前記第１位置及び前記第２位置と、前記第１照明光を前記受光部が受光したときの第１受光方向と、前記第２照明光を前記受光部が受光したときの第２受光方向とを用いた三角測量により、前記受信端末の位置を算出する
   請求項１又は２に記載の位置推定システム。
4. 前記受信端末は、さらに、前記受信端末の移動を検知する移動検知部を備え、
   前記制御部は、さらに、前記第１照明光を受光した第１時刻と、前記第２照明光を受光した第２時刻との間に前記受信端末が移動した移動量を、前記移動検知部の検知結果に基づいて算出し、
   算出した移動量をさらに用いて、前記受信端末の位置を算出する
   請求項３に記載の位置推定システム。
5. 前記受信端末は、さらに、前記受信端末の移動を検知する移動検知部を備え、
   前記制御部は、前記移動検知部が前記受信端末の移動を検知しない状態で前記駆動部を制御する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の位置推定システム。
6. 前記受信端末は、さらに、前記１以上の照明装置までの距離、又は、前記１以上の照明装置が設けられた壁面までの距離を示す距離情報を取得する距離センサを備え、
   前記制御部は、前記距離情報をさらに用いて、前記受信端末の位置を算出する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の位置推定システム。
7. 前記受信端末は、さらに、前記受光部の傾きを検知する姿勢センサを備え、
   前記制御部は、前記姿勢センサの検知結果に基づいて、前記受信端末の天頂方向を決定し、決定した天頂方向に近い順で、前記１以上の照明装置に前記受光方向が向くように、前記駆動部を制御する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の位置推定システム。
8. 前記受信端末は、さらに、算出された前記受信端末の位置に応じた情報を提示する提示部を備える
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の位置推定システム。
9. 移動体に設けられた受信端末であり、各々が、固有の識別情報が重畳された照明光を発する１以上の照明装置から前記照明光を受光することで、前記識別情報を受信する受信端末であって、
   所定の受光方向に指向性を有する受光部と、
   前記受光方向を変更する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、
   前記受信端末の天頂方向を中心として前記１以上の照明装置を同時に撮影することで、撮影画像を取得する撮影部とを備え、
   前記制御部は、
   前記撮影部によって取得された撮影画像から前記１以上の照明装置の位置を推定し、推定した１以上の位置に、前記撮影画像の中心に近い順で前記受光方向が向くように前記駆動部を制御して前記受光方向を変更することで、前記１以上の照明装置から発せられた照明光を前記受光部に受光させ、
   前記受光部が受光した照明光に重畳された識別情報と、当該照明光を前記受光部が受光したときの受光方向とを用いて、前記受信端末の位置を算出する
   受信端末。

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